糖蜜的应用及研究进展1

糖蜜的应用研究进展张艳梅，王晓慧，于浩强，孟平蕊*（济南大学化学与化工学院，济南，250022)摘要：本文阐述了制糖下脚料糖蜜的应用研究进展，主要介绍了糖蜜的直接应用﹑发酵应用及改性应用研究。对改性糖蜜的应用研究前景作了简单的展望。关键词：糖蜜；直接应用；发酵应用；改性应用中图分类号：TS249.3文献标识码：ATheutilizationandresearchprogressofmolassesYanmeiZhang,XiaohuiWang,HaoqiangYu,PingruiMeng﹡(SchoolofChemistryandChemicalEngineering,UniversityofJinan,Jinan250022,China)Abstract:Theutilizationandstudyofmolasseswhichwasaby-productofthesugerindustrywerediscribed.Thedirect﹑fermentedandmodifedapplicationofmolasseshasbeenintroducedinthispaper.TheutilizationandresearchprogressofmodifiedmolasseswereprospectedKeywords:molasses；directaplication;fermentedexploitation;modifedutilization糖蜜是以甘蔗、甜菜等为原料制糖工业的一种副产物，是一种深棕色、粘稠状和半流动状液体。糖蜜按原料来源分为甘蔗糖蜜﹑甜菜糖蜜﹑葡萄糖蜜﹑柑橘糖蜜和玉米糖蜜等，其中甜菜糖蜜和甘蔗糖蜜产量较大。糖蜜的主要成分是糖类，如蔗糖、葡萄糖和果糖。一般含糖量(以蔗糖计)在40-56%之间，其中蔗糖的含量约为30%，转化糖为10-20%；此外，还含有丰富的维生素、无机盐及其它高能量的非糖物质[1]。糖蜜价廉易得且资源化利用工艺简单，所以，在化工、轻工、食品、医药和建材等行业中有较高的开发应用价值。本文从直接应用、发酵应用和改性应用对糖蜜的应用研究进行了简述。1直接应用1.1在饲料中的应用糖蜜富含糖类﹑蛋白质等营养物质，可为反刍动物提供易利用的能源及必要的维生素﹑无机盐等；其甜味可掩盖饲料的不良气味，改善饲料的适口性；其粘稠性和半流动状态使糖蜜具有粘结作用可降低饲料的粉尘率、提高颗粒饲料质量；可为反刍动物瘤胃微生物提供充足的速效能源，从而提高了微生物的活性[2,3]。因此，糖蜜可用作反刍动物饲料的辅料或添加剂，其利用效率高且绿色环保。1.1.1动物日粮糖蜜可以补充反刍动物饲料中的能量，改善饲料的适口性，提高反刍动物的日增重和饲料转化率[4]。糖蜜中矿物质含量较高8%-10%，钙﹑磷含量较低而钾﹑氯﹑钠﹑镁含量较高。因此，糖蜜可导致反刍动物轻微的腹泻，不宜食用过多，在日粮中可适量添加。在奶牛业比较发达的国家，如加拿大、比利时、英国、美国、荷兰等，将废糖蜜作为一种常用的能量饲料添加到奶牛日粮中，可明显提高牛乳的产量和牛乳中各种营养成分的比例[5]。王世雄等[6]在肉牛日粮中添加糖蜜可显著提高净增重和平均日增重。王新峰等[7]通过向绵羊日粮中添加糖蜜。结果发现，添加4％糖蜜足以给绵羊提供热量，同时可促进瘤胃微生物对瘤胃中有机酸和氨态氮的利用，进而提高粗饲料的利用效率，在一定程度上缓解了饲料资源不足的现状。1.1.2饲料舔块糖蜜尿素舔块是补充反刍动物营养成分的一种有效而简便的方式，它可为牛、羊提供可收稿日期：作者简介：﹡通讯作者。E-mail:[e-mail]；联系电话：[phone]第一作者：张艳梅（1986-），女，山东，在读硕士研究生，主要从事糖蜜改性应用研究。发酵氮、必要的矿物质、维生素[8]。大量研究发现，在反刍动物中补饲尿素糖蜜舔块，不仅可提高牛羊的采食量和增重速度还能加强冬季保膘，增加产奶量和产毛量，改善牛奶品质和羊毛质量，对提高饲料营养素尤其是氮的沉积，粗纤维的消化率等具有积极作用[9,10]。王永等[11]采用糖蜜尿素舔块可有效促进瘤胃发酵，增加瘤胃微生物蛋白质的生产，尤其是在反刍动物被饲喂低氮高纤维的作物秸杆时，可提高秸杆等粗饲料的采食量和消化率。1.1.3液体饲料糖蜜可作液体饲料的原料，甘蔗糖蜜是使用最早也是最普遍的液体饲料原料，甜菜糖蜜也是液体饲料的原料。传统的液体饲料是用于牧草质量差的冬季或旱季草场的液体补充饲料，置于舔槽中供放牧家畜自由采食，其基本原料为废糖蜜、尿素与食盐，废糖蜜作为载体，提供一定能量，提高适口性，尿素提供非蛋白氮[12]。目前我国利用糖蜜生产液体饲料技术还不成熟，利用糖蜜生产液体饲料也是很有吸引力的发展方向[13]。1.1.4青贮添加剂青贮中添加糖蜜可改善饲料的适口性同时具有粘结剂的作用减少粉尘的产生。糖蜜无腐蚀性、易操作，且糖蜜本身就是一种饲料，那些没有被乳酸菌发酵利用的剩余糖蜜，仍留在青贮饲料中一起被动物采食。可见糖蜜作青贮添加剂优于与酸类青贮添加剂。陈育峰等[14]在甘蔗尾中添加5％糖蜜及0.6％尿素和5％糖蜜混合处理均能显著降低青贮料的粗纤维含量，增加可溶性糖的含量，可提高青贮料的品质及外观，综合营养成分和外观品质，甘蔗尾用尿素与糖蜜混合处理其青贮料的品质最好。1.2在造纸中的应用糖蜜作为造纸助剂有其独特的优点。由于糖蜜同时含有蔗糖﹑单糖和树胶，比蔗糖要便宜得多。据研究表明，树胶作为助剂应用于造纸工业中可以提高成纸强度。纤维素细胞壁的微观结构与蔗糖或还原性糖（如葡萄糖和果糖）相结合可以极大地提高纸张断裂伸长率和保水值（WRV）[15]。TemerY.A.[16]首次将糖蜜作为一种助剂引入造纸工业，结果显示可提高纸张断裂伸长率和增大保水值。2发酵应用糖蜜是优良的发酵原料。糖蜜中的蔗糖、还原糖和棉实糖都是可被微生物利用的碳源，只需补充适量的氮源和磷源即可。与粮食和经济作物原料相比，省去了繁琐的糖化工艺、节约了粮食，降低了成本。糖蜜发酵的深加工可获得醇类、氨基酸﹑有机酸﹑酵母等高附加值产品。国内糖蜜发酵主要用于生产酒精。2.1醇类糖蜜发酵可得到乙醇，丁醇等醇类。目前在石油资源匮乏、原油价格大幅上涨的形势下，乙醇已部分替代汽油用作机动车燃油是能源可持续发展的初步体现。目前主要以粮食为原料发酵生产酒精。随着全球粮食危机的出现，利用的生物质为发酵原料开发新的可再生能源已成为研究的热点。赵大伟[17]等利用自絮凝颗粒酵母发酵甘蔗糖蜜生产乙醇，得到了较满意的结果。美国杜邦和英国BP公司已联合建厂生产丁醇，并对丁醇作为燃料应用于汽车进行试验，结果表明丁醇性能优于乙醇[18]。范俊辉等[19]以甜菜糖蜜为原料，对筛选到的丙酮丁醇梭菌2N进行发酵条件优化，采用补料分批发酵方式，得到的丁醇质量分数超过70%，远高于玉米面发酵的60%。糖蜜还可发酵生产酵母，单细胞蛋白及生物制氢等产品。酵母的生产主要以糖蜜为原料，其中以甘蔗糖蜜和甜菜糖蜜为主[20]。糖蜜发酵制取生物氢有着很广阔的开发前景。EbruÖzgür等[21]以甜菜糖蜜为原料，用暗发酵和光合发酵联合方法制取生物氢。此外，许多新的糖蜜发酵产品被开发。张敏等[22]研究了大豆糖蜜作为促进剂在双歧保健酸奶中的应用，结果表明具有一定的可行性。2.2其他发酵产品糖蜜发酵已经大量应用于赖氨酸﹑L-亮氨酸、谷氨酸(味精)和赖氨酸等氨基酸的工业生产之中。杨芳等[23]研究了以甘蔗糖蜜为原料，采用温度敏感型突变株发酵生产L-谷氨酸的补料分批发酵工艺条件。糖蜜发酵生产的有机酸主要有：柠檬酸、L-乳酸、聚乳酸、丁酸、L-苹果酸、丙酸﹑草酸、富马酸和多种不饱和脂肪酸等，其中发酵生产柠檬酸产量最大。吴波等[24]研究了将制糖工业副产物甘蔗渣和糖蜜分别作为固定化载体和碳源生产丙酸的新方法。3改性应用3.1减水剂糖蜜含有大量活性基团羟基，适当将其进行化学改性，使其具有表面活性剂的性质，可作为水泥减水剂。糖蜜的减水机理以水化膜润滑作用和降低水泥颗粒界面能效应为主。当水泥与水混合时，改性糖蜜能吸附在水泥颗粒表面形成亲水的吸附稳定层，改变了原来水泥颗粒在水化中形成的网状结构体，使吸附在网状结构体中的水释放出来而减少混凝土的需水量，提高流动度[25]。邱树恒等[26]将蜜胺脂与25%的糖蜜复配制成高效减水剂，对水泥净浆、砂浆有较好的减水效果。而且能明显改善混凝土的和易性，降低坍落度损失和提高混凝土抗压强度。3.2缓凝剂糖蜜中的糖类具有一定延缓水化的作用[27]。由糖蜜经简单改性得到的糖钙如蔗糖钙、葡萄糖钙和果糖钙是一种亲水性表面活性物，糖钙吸附到水泥颗粒表面后，水泥颗粒互相排斥，不致相互聚结成较大粒子，延缓了水泥水化过程，使混凝土提高可塑性和延长凝结时间[28]。因此，糖蜜可以作为缓凝剂添加到水泥中，不仅增加了水泥混凝土的流动性和延缓了凝固时间，同时也提高了水泥混凝土的抗折及抗压强度[29]。3.3助磨剂改性糖蜜还可作水泥助磨剂。据专利报道[30]：高于环境温度下，在酸性和碱性环境中连续处理糖蜜，酸处理生成单糖，醛糖酸和氨基碳酸；碱处理生成糖精酸及其盐，醛糖酸盐和氨基碳酸及其盐，这些物质具有表面活性剂的性质，可用于水泥熔渣研磨，结果表明有良好的助磨效果。此外，还有专利报道滑石粉、糖蜜[31]等可作为水泥助磨剂。4展望综上所述，直接应用糖蜜其附加值比较低。将糖蜜通过发酵深加工可得到高附加值产品但同时会产生一些负面影响，副产物的污水直接排放会对土壤、水源等造成污染，环境治理又不经济。而改性糖蜜不仅附加值高于直接应用，也避免了在发酵应用中的环境污染问题。改性糖蜜用作水泥助磨剂或水泥混凝土的外加剂都具有良好的应用效果，但有关改性糖蜜与水泥及其混凝土组成间的作用机理等方面的研究相对较少，尤其是，将现代分析测试技术应用于改性糖蜜与水泥及水泥混凝土组分间的相互影响及规律几乎未见报道。因此，另外，进一步开发改性糖蜜新的应用领域，如与淀粉、纤维素等天然生物质作用，开发可食性绿色包装材料。以及制备缓释性水溶性化肥、医药、农药等方面都具有广阔的应用研究前景。改性糖蜜必将在国民经济发展中充分发挥其经济和社会效益。参考文献：[1]王湘茹,于淑娟.甘蔗糖蜜澄清处理及处理前后组分分析[J].中国调味品,2010,2(35):64-68[2]J.G.Fadel,E.J.DePeters,A.Arosemena.ComPositionanddigestibilityofbeetpulpwithandwithoutmolassesanddriedusingthreemethods[J].AnimalFeedScienceandTechnology,2000,85(12):121-129[3]TaylanAksu,ErolBaytok,M.AkifKarsh,etal.EffectofformicAcid,molassesandinoculantadditivesoncornsilagecompopsition,organicmatterdigestibilityandmicrobialproteinsynthesisinsheep[J].SmallRumiantResearch,2006,61(1):29-33[4]王成章,王恬.饲料学[M].中国农业出版社第一版,2003,7:185-186.[5]J.J.Murphy.Theeffectsofincreasingtheproportionofmolassesinthedietofmilkingdairyonmilkproductionandcompostion[J].AnimalFeedScienceandTechnology,1999,78(34):189-198[6]王世雄,尹尚芬,郑锦玲.不同糖蜜对肉牛育肥效果的研究[J].中国牛业科学,2010,36(1):32-35[7]王新峰,潘晓亮,向春和等.添加甜菜糖蜜对绵羊瘤胃pH和NH3-N浓度的影响[J].中国饲料,2006,2: